KR101185228B1 - 연속 주조의 주조 속도 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 주조의 주조 속도 제어 방법에 관한 것으로, 연속 주조 시 최초 연속 주조용 몰드에서 인발된 초기 주편의 주조 속도를 제 1 가속 구간 및 등속 구간, 제 2 가속 구간으로 제어함으로써, 연속 주조용 몰드에서 최초 인발되어 절단기로 최초 절단되는 초기 주편의 품질을 향상시키고, 불량률을 저하시킴은 물론 주편 터짐 현상을 방지함으로써 생산량을 증대시키고 안정적인 연속 주조 작업을 가능하게 하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 초기 주편의 선단부 전단량을 절감하여 주편의 생산량을 증대시키고, 이로써 용강의 회수율이 증가되는 효과가 있는 것이다.

Description

연속 주조의 주조 속도 제어 방법{METHOD OF CONTROLLING CASTING SPEED IN CONTINUOUS CASTING}

본 발명은 연속 주조의 주조 속도 제어 방법에 관한 것으로 더 상게하게는 연속 주조 시 주편의 이송 속도를 제어하여 주편 표면의 크랙 발생 및 주편의 터짐 현상(Break Out)을 방지하도록 발명된 것이다.

일반적으로 연속 주조 장치는 전기로와 같은 제강로에서 용해된 용강을 열간 압연 시 사용되는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주편으로 제조하는 장치이다.

그리고 통상 두께가 얇은 박 슬라브는 CSP(Compact Strip Production, 이하 CSP) 연속 주조 방법으로 제조된다.

CSP 연속주조에서는 연속주조 개시 전에 더미바를 상승시켜 더미바 헤드가 연속 주조용 몰드의 하면 일정 위치에서 정지시켜 더미바의 러스트헤드를 연속 주조용 몰드 내로 결합시키고, 몰드 동판을 이동시켜 더미바와 연속 주조용 몰드간 간격이 최소화되도록 한 후, 연속 주조용 몰드와 더미바 사이를 페이퍼 와이어나 세라믹 재질로 완전 밀폐시켜 용강 주입 준비를 하게 된다.

상기 러스트 헤드는 초기 냉각재의 역할 및 초기 응고 용강과 더미바헤드 간의 연결 역할을 하게 된다.

CSP 연속주조 개시 시에는 래들에서 턴디쉬로 용강을 주입 후 턴디쉬 내 용강이 일정량 이상이 되면 턴디쉬의 출구를 개공시켜 용강을 턴디쉬에서 연속 주조용 몰드의 내부로 주입한다.

주입된 용강은 냉각재 및 더미바 헤드와 밀착한 상태로 응고되고, 주편 이송대의 핀치 롤에 의해 더미바는 하부로 이동하게 되며, 응고된 초기 응고 주편도 함께 하부로 이동하여 연속 주조가 개시되며, 주편 이송대의 벤딩 가이드 롤 위치에서 벤딩 가이드 롤의 이동에 의해 더미바와 주편이 분리된다.

분리된 더미바는 하부로 이동하게 되고 분리된 주편은 벤딩 가이드 롤을 따라 이동되며 연속 주조가 진행되는 것이다.

일단 연속 주조가 개시되면 더미바가 하부로 이동하는 시기부터 주조속도는 증가하기 시작하며 강종별, 폭별 목표 주조 속도에 따라 차이가 있으나, 통상의 연속 주조에서 주조 속도는 지속적으로 증가되는 것이다.

상기 연속 주조 시 그리고 주조속도가 증가함에 따라 설정된 값에 따라 2차 냉각수량도 증가하게 되는 것이다.

주편 이송대를 따라 주편이 이송될 때 주편에 분사되는 2차 냉각수량은 설정된대로 주조속도에 따라 증가하지만 PID컨트롤(Proportional-Integral-Derivative controller)되는 밸브에 의해 2차 냉각수 분사량은 제어되며 제어 목표값이 지속적으로 변경되는 경우에는 설정 값 및 실제 값의 편차가 발생하게 되고 이로 인해 주 조속도 값에 따른 설정값과 항시 일치하지는 않는다.

2차 냉각패턴은 실험 및 실기 시험을 거쳐 사전 설정되며, 표면 품질 및 내부품질에 가장 적합하도록 통상 설정된다.

그러나 주조속도가 지속적으로 변경되는 경우에는 목표 분사량이 지속적으로 변경되고, 이로 인해 실제값과 설정값의 차이를 나타내게 된다.

그리고 2차 냉각패턴의 기본단위인 냉각영역별로도 편차값은 차이를 나타내게 된다.

특히 주조속도가 급속하게 변경되는 주조 초기의 경우에는 편차가 주조속도가 일정한 경우에 비해 빈번하게 발생하게 된다.

냉각패턴에 의해 설정된 분사량과 실제 분사량이 편차를 나타내는 경우에는 냉각불균일이 발생하여 표면 크랙 또는 주편 터짐(Break Out) 현상 등이 발생하게 되는 문제점이 있으며, 냉각수의 분사량이 많아 주편의 표면이 과다하게 냉각되는 경우 표면 크랙이 발생하고, 분사량이 미흡할 경우 주편의 응고가 미흡하여 주편 터짐(Break Out) 현상하는 것이다.

특히, 박슬라브 연속주조의 일종인 CSP 연속주조의 경우 주조속도가 통상 4 m/분 이상의 고속주조이므로 초기 주속 변경은 일반 연주에 비해 매우 커 상기한 바와 같이 냉각수의 분사량 편차가 크게 나타나며, 이러한 냉각수의 분사량 편차에 의한 표면 크랙 또는 주편 터짐(Break Out) 현상 등으로 슬라브의 불량률이 증대되고, 연속 주조 작업 중 사고가 자주 발생하였던 것이다.

본 발명의 목적은 연속 주조 중 주조 속도를 조절하여 연속 주조용 몰드에서 최초로 인발되어 절단되는 초기 주편의 응고 불균일을 방지하는 연속 주조의 주조 속도 제어 방법을 제공하는 데 있다.

이러한 본 발명의 과제는 연속 주조 시 연속 주조용 몰드에서 최초 인발되는 초기 주편이 가속되는 제 1 가속 구간과;

제 1 가속 구간으로 가속된 초기 주편이 일정속도에서 등속 이송되는 등속 구간과;

등속 이송된 초기 주편을 다시 가속 시켜 이송하는 제 2 가속 구간을 가지도록 주조 속도를 제어하는 연속 주조의 주조 속도 제어 방법을 제공함으로써 해결되는 것이다.

상기 제 1 가속 구간은 연속 주조 개시 후 최초 전단되는 초기 주편의 길이만큼 주편이 인발될 때 까지의 구간인 것이다.

상기 등속 구간은 제 1 가속 구간 후 1분 이상 3분 미만으로 유지되는 구간인 것이다.

상기 제 1 가속 구간, 등속 구간, 제 2 가속 구간은 50 ~ 80mm의 얇은 두께를 가지는 슬라브를 4.0 ~ 6.0m/min의 주조 속도로 연속 주조하는 연속 주조 방법에 적용되는 것이다.

상기 제 1 가속 구간은 주조 속도가 3.5 ～ 4.0m/min에 이르도록 가속되는 것이고,

상기 등속 구간은 제 1 가속 구간으로 가속된 일정한 속도로 1분45초 이상 2분 15초 미만으로 유지되는 것이다.

상기 제 2 가속 구간은 등속 구간 후 4.0～ 5.0m/min의 범위 내의 주조 속도로 가속하는 것이다.

본 발명은 주조 속도를 조절하여 연속 주조용 몰드에서 최초 인발되어 절단기로 최초 절단되는 초기 주편의 품질을 향상시키고, 불량률을 저하시킴은 물론 주편 터짐 현상을 방지함으로써 생산량을 증대시키고 안정적인 연속 주조 작업을 가능하게 하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 초기 주편의 선단부 전단량을 절감하여 주편의 생산량을 증대시키고, 이로써 용강의 회수율이 증가되는 효과가 있는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 연속 주조의 이송대를 도시한 개략도로서, 수직 이송부와, 원호 이송부, 수평 이송부를 포함하고, 연속 주조용 몰드에서 인발된 주편을 일정 길이로 절단하는 전단기가 수평 이송부에 구비된 예를 나타내고 있다.

도 2는 본 발명의 주조 속도를 나타낸 그래프로서, 연속 주조용 몰드에서 인 발되는 최초 주편의 인발 개시 후 시간을 기준으로 주조 속도가 변화되는 상태를 나타내고 있다.

통상의 연속 주조 장치는 도시하지는 않았지만, 레들로부터 용강을 공급받아 저장하는 턴디쉬와;

상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 주편(20)으로 형성하는 연속 주조용 몰드(10)와;

상기 연속 주조용 몰드(10)에서 배출되는 주편(20)을 이송하면서 냉각하는 주편 이송대와;

상기 주편 이송대로 이송되는 주편(20)에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사 기기를 포함한다.

상기 주편 이송대는 도 1에서 도시한 바와 같이 연속 주조용 몰드(10)의 하부에서 주편(20)을 수직으로 이송하는 수직 이송부(1)와;

상기 수직 이송부(1)와 연결되어 수직 이송되는 주편(20)을 일정 반경의 원호로 이송시키는 원호 이송부(2)와;

상기 원호 이송부(2)와 연결되어 일정 반경의 원호로 이송되는 주편(20)을 수평으로 이송시키는 수평 이송부(3)와;

상기 수평 이송부(3)로 이송되는 주편(20)을 일정 길이로 전단하는 전단기(4)를 포함한다.

또한 상기 주편 이송대의 수직 이송부(1)와, 원호 이송부(2), 수평 이송부(3)는 연속 주조용 몰드(10)에서 배출된 주편(20)의 이송을 안내하는 복수의 가이드 롤 및 구동 모터(미도시)에 의해 회전되어 상기 주편(20)의 이송 속도를 제어하는 핀치 롤(1a)을 포함한다.

상기 핀치 롤(1a)은 원호 이송부(2)로 진입되는 주편(20)의 이송 속도, 즉, 주조 속도를 가속시켜 주편(20)이 원호 이송부(2)로 원활히 진입되어 이송되도록 한다.

또 상기 핀치 롤(1a)의 하부에는 더미바(30)를 주편(20)에서 이탈시키는 벤딩 롤(1b)이 수직 이송부(1)의 단부 측에 설치되어 연속 주조용 몰드(10)에서 최초로 인발되는 주편(20)의 이송을 안내하는 더미바(30)를 이탈시키고, 분리된 주편(20)을 원호 이송부(2)로 원활히 안내되도록 한다.

한편, 턴디쉬에 용강이 일정량 이상이 되면 스토퍼를 작동시켜 턴디쉬에서 연속 주조용 몰드(10)로 용강을 주입하며, 연속 주조용 몰드(10) 내부로 주입된 용강은 연속 주조용 몰드(10) 내부에서 냉각재 및 더미바(30) 헤드와 밀착된 상태로 1차 표면 응고되어 주편(20)으로 형성된다.

1차 표면 응고된 주편(20)은 더미바(30)의 수직 이동으로 연속 주조용 몰드(10)에서 인발, 즉, 배출되면서 연속 주조가 최초 개시되는 것이며, 수직 이송부(1)를 따라 수직 하강하면서 더미바(30)와 분리된 후 원호 이송부(2), 수평 이송부(3)를 따라 순차적으로 이송되며 수평 이송부(3)에서 일정길이로 전단되는 과정을 거치게 되는 것이다.

이 때 연속 주조 개시 후 전단기(4)에 의해 최초로 전단되는 초기 주편은 수직 이송부(1)와 원호 이송부(2)를 따라 이송되면서 급격히 가속되고, 급격히 가속 된 후 서서히 가속된 상태로 전단되는 것이다.

상기한 바와 같이 연속 주조 개시 후 전단기(4)로 최초 전단되는 초기 주편은 주속이 급격히 급변하므로, 주조 속도에 따른 최적의 주편 온도를 예측하여 주편 이송대를 따라 이송되면서 분사되는 냉각수량을 사전에 설정하였다고 하더라도, PID컨트롤(Proportional-Integral-Derivative controller)되는 밸브에 의해 2차 냉각수 분사량이 편차(설정값 - 실제값)를 나타내므로 이로 인해 초기 주편의 응고층 불균일 현상이 발생되고, 표면 크랙 및 주편 터짐(Break Out) 현상이 발생하게 된다.

그리고 초기 주편 표면에 발생된 크랙은 안정화되기 전까지 결정립계를 따라 전파되므로, 초기 주편뿐만 아니라, 다음 주편들(초기 주편 후 차례로 전단되는 제 2 주편, 제 3 주편)에도 영향을 미치게 되는 것이다.

상기한 바와 같이 냉각수 분사량의 편차로 인한 표면 크랙 발생은 특히, CSP(Compact Strip Production, 이하 CSP) 연속 주조 방법으로 연속 주조되는 50 ~ 80mm의 두께를 가지는 슬라브를 제조할 때 더욱 심하게 나타나는 것이다.

상기한 CSP 연속 주조 방법은 50 ~ 80mm의 얇은 두께를 가지는 슬라브를 4.0 ~ 6.0m/min의 주조 속도로 주조하므로, 두께가 얇은 박 슬라브를 일반 연속 주조 속도보다 고속의 주조 속도로 제조하므로 냉각수량 편차에 의한 표면 크랙 및 주편 터짐 현상이 더 자주 발생하게 되는 것이다.

상기한 CPS 연속 주조 방법으로 초기 주편 및 초기 주편 후 차례로 전단되는 제 2 주편, 제 3 주편에 표면 크랙 발생 현황은 하기 표 1에서 확인되는 바와 같다.

구분	초기 주편	제 2 주편	제 3 주편
통상재 대비 표면 크랙 발생율 배수	25배	11배	4.5배

상기한 표 1은 연속 주조시 초기에 생산되는 주편, 즉, 초기 주편 및 초기 주편 후 차례로 전단되는 제 2 주편, 제 3 주편과 이후에 생산되는 주편의 표면 크랙 발생율을 대비한 표이다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 연속 주조의 주조 속도를 도 2에서 도시한 바와 같이 연속 주조용 몰드(10)에서 최초 인발되는 즉, 더미바(30)에 의해 배출되는 초기 주편이 가속되는 제 1 가속 구간(A)과;

제 1 가속 구간(A)으로 가속된 초기 주편이 일정속도에서 등속 이송되는 등속 구간(B)과;

등속 이송된 초기 주편을 다시 가속 시켜 이송하는 제 2 가속 구간(C)을 가지도록 제어하는 것이다.

상기 제 1 가속 구간(A)은 연속 주조 개시 후 최초 전단되는 초기 주편의 길이만큼 주편이 인발 즉, 배출될 때 까지의 구간으로, 연속 주조용 몰드(10)에서 주편(20)이 최초 인발된 후 최초 전단되는 길이만큼 배출될 때 까지 주조 속도를 상승시키는 것이다.

하기한 실시 예는 50 ~ 80mm의 얇은 두께를 가지는 슬라브를 4.0 ~ 6.0m/min의 주조 속도로 주조하는 CSP 연속 주조 방법에서 본 발명을 적용한 실시 예로써, 본 발명을 적용하기에 CSP 연속 주조 방법이 가장 효율적인 이유로 예시하며, 이외에도 다양한 주편을 생산하는 연속 주조 방법에 적용시켜 사용할 수 있음을 밝혀둔다.

CSP 연속 주조 방법에서 상기 제 1 가속 구간(A)은 주조 속도가 3.5 ～ 4.0m/min에 이르도록 가속되는 것이고, 상기 등속 구간(B)은 3.5 ～ 4.0m/min의 범위 내에서 일정한 속도로 1분 이상 3분 미만으로 유지되는 구간인 것으로 더 바람직하게는 1분45초 이상 2분 15초 미만으로 유지되는 것이다.

이는 등속 구간(B)이 더 길게 유지되는 경우 주편(20)의 생산성을 저하시키는 문제점이 있고, 등속 구간(B)이 더 짧게 유지되는 경우 냉각수량의 편차(설정값 - 실제값)에 의한 응력 불균일을 방지할 수 없는 것이다.

그리고 상기 제 2 가속 구간(C)은 등속 구간(B) 후 주조 속도를 점차적으로 증가시켜 4.0～ 5.0m/min의 범위 내의 주조 속도로 가속하는 것이다.

주조 속도는 상기한 제 2 가속 구간(C) 후에 4.0～ 5.0m/min의 범위 내에서 안정적으로 유지되어 초기 주편, 제 2 주편, 제 3 주편 이후 전단기(4)로 차례로 전단되는 주편을 생산하게 되는 것이다.

상기한 바와 같이 제 1 가속 구간(A), 등속 구간(B), 제 2 등속 구간(B)으로 주조 속도를 제어한 경우 초기 주편 및 초기 주편 후 차례로 전단되는 제 2 주편, 제 3 주편에 표면 크랙 발생 현황은 하기 표 2에서 확인되는 바와 같다.

구분	초기 주편	제 2 주편	제 3 주편
통상재 대비 표면 크랙 발생율 배수	4.25배	1.76배	0.225배

상기 표 2에서 보는 바와 같이 표 1 대비 초기 주편의 경우 크랙 발생율 배수가 약 83% 저감율을 가지고, 제 2 주편의 경우 약 84%의 저감율, 제 3 주편의 경우 약 95%의 저감율을 가지고 크랙 발생율이 낮아지게 되는 것을 확인할 수 있는 것이다.

즉, 초기 주편의 경우에는 주속이 급격히 변하게 되고, 주속이 급격히 변화하는 경우 냉각수량을 PID 컨트롤(Proportional-Integral-Derivative controller)로 제어하더라도 안정화되는데 일정 시간이 소요되고, 이 소요 시간을 고려하여 냉각수 편차 안정화 시간을 두고 이후부터는 주속 상승 속도를 PID 컨트롤(Proportional-Integral-Derivative controller)에 의한 편차 값이 일정하게 유지되는 범위에서 주속을 상승시키는 패턴을 설정함으로써 주편의 이송 시 분사되는 냉각수량의 편차(설정값 - 실제값)에 의해 발생하는 응고 불균일을 방지하는 것이다.

더 상세히 설명하면 주조 속도를 초기 주편을 전단하는 길이가 인발될 때 까지 주조 속도를 상승시킨 제 1 가속 구간(A) 후 냉각수량 편차(설정값 - 실제값)이 일정 이하로 유지되는 시간 동안 주속을 유지시키는 등속 구간(B)을 두고, 상기 등속 구간(B) 이후 냉각수 편차가 일정 이하가 되는 범위 내에서 주조 속도를 상승시킴으로써 냉각수량 편차를 일정 이하가 되도록 유지하는 방법이다.

이 방법을 적용함으로써 냉각수량 편차에 의해 발생하는 초기 주편의 응고층 불균일을 개선할 수 있으며, 초기 주편의 표면 크랙 발생 및 주편 터짐 현상을 방지할 수 있는 것이다.

상기한 바와 같이 초기 주편의 크랙이 방지됨으로써 초기 주편의 표면 크랙에 의해 전단되는 초기 주편의 선단부 전단량을 절감하여 용강의 회수율이 증가되는 것이다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

도 1은 일반적인 연속 주조의 이송대를 도시한 개략도

도 2는 본 발명의 주조 속도를 나타낸 그래프

*도면 중 주요 부호에 대한 설명*

1 : 수직 이송부 2 : 원호 이송부

3 : 수평 이송부 4 : 전단기

10 : 연속 주조용 몰드 20 : 주편

Claims (6)

1. 연속 주조 시 연속 주조용 몰드에서 최초 인발되는 초기 주편이 가속되는 제 1 가속 구간과;

   제 1 가속 구간으로 가속된 초기 주편이 일정속도에서 등속 이송되는 등속 구간과;

   등속 이송된 초기 주편을 다시 가속 시켜 이송하는 제 2 가속 구간을 가지도록 주조 속도를 제어하고,

   상기 등속 구간은 제 1 가속 구간 후 1분 이상 3분 미만으로 유지되는 구간인 것을 특징으로 하는 연속 주조의 주조 속도 제어 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 1 가속 구간은 연속 주조 개시 후 최초 전단되는 초기 주편의 길이만큼 주편이 인발될 때 까지의 구간인 것을 특징으로 하는 연속 주조의 주조 속도 제어 방법.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 1 가속 구간, 등속 구간, 제 2 가속 구간은 50 ~ 80mm의 얇은 두께 를 가지는 슬라브를 4.0 ~ 6.0m/min의 주조 속도로 연속 주조하는 연속 주조 방법에 적용되는 것을 특징으로 하는 연속 주조의 주조 속도 제어 방법.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 제 1 가속 구간은 주조 속도가 3.5 ～ 4.0m/min에 이르도록 가속되는 것이고,

   상기 등속 구간은 제 1 가속 구간으로 가속된 일정한 속도로 1분45초 이상 2분 15초 미만으로 유지되는 것을 특징으로 하는 연속 주조의 주조 속도 제어 방법.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 제 2 가속 구간은 등속 구간 후 4.0～ 5.0m/min의 범위 내의 주조 속도로 가속하는 것을 특징으로 하는 연속 주조의 주조 속도 제어 방법.

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